الاستومرهای ترموپلاستیک (TPEs) دارای خواص منحصر به فردی هستند که در کاربردهای خودروسازی، تولیدی و صنعتی ضروری شده است. این امر باعث شده است که آنها جایگزین الاستومرهای سنتی در ساخت لوله ها، شیلنگ ها، پوشش های عایق، واشر و مهر و موم شوند. مواد ترموپلاستیک که خاصیت ارتجاعی و انعطاف پذیری مشابه لاستیک های ولکانیزه از خود نشان می دهند، عموماً به عنوان TPE شناخته می شوند.

الاستومر ترموپلاستیک چیست؟

TPE ها که به آنها لاستیک های ترموپلاستیک نیز گفته می شود، یک کلاس پلیمری را نشان می دهند که هم خواص ترموپلاستیک و هم خواص الاستومری را نشان می دهد. TPEها مواد لاستیکی مانند انعطاف پذیر با مدول الاستیسیته کم هستند که می توانند تا دو برابر طول اولیه خود کشیده شوند و با حذف تنش به ابعاد اولیه خود برگردند. آنها را می توان در دماهای بالا ذوب کرد و قابل پردازش هستند. TPE ها به دلیل قابلیت بازیافت و هزینه پردازش پایین به طور گسترده در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. لاستیک‌های معمولی به دلیل ویژگی‌های ترموست نمی‌توانند دوباره پردازش شوند، در حالی که TPE‌ها را می‌توان قالب‌گیری، اکسترود و استفاده مجدد کرد. TPE ها لزوماً به تثبیت کننده ها یا عوامل تقویت کننده نیاز ندارند، و آنها را در پردازش دسته به دسته سازگارتر می کند. [1].

الاستومرهای ترموپلاستیک به این دسته های پلیمری طبقه بندی می شوند [2]:

1. کوپلیمرهای بلوک استایرنیک (S-TPEs)
2. ترکیبات الفینیک (TPOs)
3. ولکانیزه های ترموپلاستیک (TPVs)
4. پلی اورتان ها (TPU)
5. کوپلی استرها (COPE)
6. پلی آمیدها (PEBAs)

خواص الاستومرهای ترموپلاستیک

ساختار فاز

الاستومرهای ترموپلاستیک اساساً سیستم های جدا شده از فاز هستند. TPE یک ماده دو فازی در حالت جامد است. با یک دامنه کریستالی سخت، و یک دامنه آمورف نرم. این فازها از طریق پلیمریزاسیون بلوکی یا پیوندی به صورت شیمیایی به هم متصل می شوند [2].

فاز سخت به استحکام، مقاومت شیمیایی و اتصال متقابل فیزیکی TPE ها کمک می کند. به مواد خواص پلاستیکی می دهد مانند [1]:

• قابلیت پردازش ترموپلاستیک
• استحکام کششی بالا
• مقاومت پارگی بالا

از طرف دیگر، فاز نرم TPEها خواص الاستومری مانند:

• سختی بالا
• مقاومت در برابر لغزش
• انعطاف پذیری
• جذب شوک
• مقاومت فشاری

رفتار جریان

الاستومرهای ترموپلاستیک معمولاً با فرآیندهای ذوبی مشابه پلاستیک ها ساخته می شوند که عمدتاً به جریان مواد ذوب شده در دماهای افزایش یافته متکی هستند. رئولوژی یا مطالعه جریان مواد در موفقیت پردازش TPE ضروری است. رئولوژی TPEها به دلیل وابستگی ویسکوزیته مذاب به دما و نرخ برش پیچیده است. الاستومرهای ترموپلاستیک غیر نیوتنی هستند و به دلیل ساختار زنجیره پلیمری بلندشان ویسکوزیته بالایی دارند. [1].

الاستومرهای ترموپلاستیک عمدتاً از طریق تکنیک های ذوب مشابه پلاستیک ها پردازش می شوند. برخی از این فرآیندهای ذوب عبارتند از، اما محدود به موارد زیر نیستند:

• قالب گیری تزریقی
• اکستروژن
• قالب گیری دمشی
• آستر چرخشی

روش‌های اخیر استفاده از TPEs را به عنوان مواد رشته‌ای انعطاف‌پذیر در تولید افزودنی مورد بررسی قرار داده‌اند که به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد طرح‌های پیچیده و آینده‌نگر را تولید کنند.

انقباض

TPE ها قابل تراکم هستند. و وقتی سرد می شوند، معمولاً اندازه آنها کوچک می شود. قالب‌های ریخته‌گری برای الاستومرهای ترموپلاستیک به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از نظر ابعاد بزرگ‌تر باشند و پیش‌بینی انقباض و تاب برداشتن باشند. در برخی موارد، TPE ها ممکن است به پرکننده ها، تثبیت کننده ها یا تقویت کننده ها نیاز داشته باشند تا انقباض را جبران کنند. [3].

تولید مواد الاستومری ترموپلاستیک

هر یک از کلاس های الاستومر ترموپلاستیک یا به صورت مکانیکی یا از طریق ولکانیزاسیون دینامیکی مخلوط می شوند.

ترکیب مکانیکی

همانطور که در مورد Polyolefin TPE، مخلوط به صورت مکانیکی تهیه می شود و پلیمر سخت را با الاستومر در تجهیزات ترکیبی با برش بالا یا یک میکسر پیوسته مخلوط می کند. ویسکوزیته دو ماده باید در دما و سرعت برش اختلاط مطابقت داشته باشد. پارامترهای نسبت و حلالیت دو ماده باید در اختلاط در نظر گرفته شوند [1].

ترکیب پویا ولکانیزه

در مخلوط‌های ولکانیز شده پویا، فاز الاستومری ناپیوسته و دارای پیوند متقابل است. این کار با ولکانیزاسیون جزئی فاز الاستومر نرم با نرخ برش بالا و دمای بالا بالاتر از نقطه ذوب ترموپلاستیک به منظور فعال کردن و تکمیل ولکانیزاسیون انجام می‌شود. سازگاری مواد، اندازه ذرات و درجه پخت برخی از پارامترهایی هستند که برای دستیابی به خواص بهینه باید در نظر گرفته شوند. [4].

الاستومرهای ترموپلاستیک برای چه مواردی استفاده می شود؟

خودرو

صنعت خودرو بزرگترین بخش است – با تقریباً 40٪ سهم کاربرد – که از مواد TPE استفاده می کند. سازندگان خودرو به مواد الاستیک قوی نیاز دارند که در برابر هوا، دماهای بالا و همچنین مقاومت شیمیایی و سایش مقاومت کنند. TPE ها یک راه حل عالی برای بسیاری از قطعات مانند سیل های ضربه گیر، ضربه گیرها، لرزشگیرها و سایر عناصر ضد آب و هوا هستند. [1].

کالاهای مصرفی

پس از صنعت خودرو، از نظر مصرف حجمی TPE، بخش کالاهای مصرفی قرار دارد. TPE ها در بسیاری از محصولات مانند زیره کفش، لوازم خانگی، تجهیزات ورزشی و کالاهای تفریحی یافت می شوند.

ساخت و ساز

TPE ها به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز در بسیاری از کاربردها مانند مواد افزودنی در آسفالت جاده ها، عایق های سیم کشی برق و در چسب ها، درزگیرها و پوشش ها استفاده می شوند. [1].

پزشکی

زیست سازگاری TPE ها به این معنی است که مواد می توانند در صنعت پزشکی در طیف وسیعی از کاربردها استفاده شوند. در اینجا می توانید اطلاعات بیشتری در مورد کاربرد آنها بخوانید: الاستومرهای ترموپلاستیک برای کاربردهای پزشکی

[1] جی جی دروبنی، 2014، کتابچه راهنمای الاستومرهای ترموپلاستیک، الزویر

[2] RJ Spontak، NP Patel، 2000، “الاستومرهای ترموپلاستیک: اصول و کاربردها.” نظر فعلی در علوم کلوئیدی و رابط، 5، صص 333-40.

[3] سوالات متداول الاستومر ترموپلاستیک (TPE)، nd، از: https://www.polyone.com/products/thermoplastic-elastomers/tpe-knowledge-center/tpe-faqs

[4] S. Abdou-Sabet، RC Puydak، CP Rader، 1996، “الاستومرهای ترموپلاستیک ولکانیزه پویا”. شیمی و فناوری لاستیک، 69، نه 3، صص 476-94.